React Fiber: Ühitusalgoritmi süvaanalüüs ülemaailmseks kasutajaliidese tipptasemeks

Veebiarenduse dünaamilises maailmas, kus kasutajate ootused sujuvatele ja tundlikele kasutajaliidestele pidevalt kasvavad, on meie rakendusi toetavate alustehnoloogiate mõistmine ülioluline. React, juhtiv JavaScripti teek kasutajaliideste loomiseks, läbis olulise arhitektuurilise uuenduse React Fiberi kasutuselevõtuga. See ei ole lihtsalt sisemine refaktor; see on revolutsiooniline hüpe, mis muutis fundamentaalselt seda, kuidas React muudatusi ühitab, avades tee võimsatele uutele funktsioonidele nagu Samaaegne režiim (Concurrent Mode) ja Suspense.

See põhjalik juhend sukeldub sügavale React Fiberisse, demüstifitseerides selle ühitusalgoritmi. Uurime, miks Fiber oli vajalik, kuidas see kapoti all töötab, selle sügavat mõju jõudlusele ja kasutajakogemusele ning mida see tähendab arendajatele, kes loovad rakendusi ülemaailmsele publikule.

Reacti areng: Miks Fiberist sai hädavajalik

Enne Fiberit oli Reacti ühitusprotsess (kuidas see DOM-i uuendab, et peegeldada rakenduse oleku muutusi) suures osas sünkroonne. See läbis komponendipuu, arvutas erinevused ja rakendas uuendused üheainsa, katkestamatu läbimisega. Kuigi see oli tõhus väiksemate rakenduste puhul, olid sellel lähenemisel olulised piirangud, kui rakendused muutusid keerukamaks ja interaktiivsemaks:

• Põhilõime blokeerimine: Suured või keerulised uuendused blokeerisid brauseri põhilõime, põhjustades kasutajaliidese hangumist, kaadrite kaotamist ja aeglast kasutajakogemust. Kujutage ette ülemaailmset e-kaubanduse platvormi, mis töötleb keerulist filtrioperatsiooni, või koostöödokumentide redaktorit, mis sünkroniseerib reaalajas muudatusi kontinentide vahel; hangunud kasutajaliides on vastuvõetamatu.
• Prioritiseerimise puudumine: Kõiki uuendusi käsitleti võrdselt. Kriitiline kasutajasisend (näiteks otsinguribale trükkimine) võis viibida vähem kiireloomulise taustaandmete toomise tõttu, mis kuvas teadet, põhjustades frustratsiooni.
• Piiratud katkestatavus: Kui uuendus algas, ei saanud seda peatada ega jätkata. See muutis keeruliseks selliste täiustatud funktsioonide rakendamise nagu ajalõikamine (time-slicing) või kiireloomuliste ülesannete prioritiseerimine.
• Raskused asünkroonsete kasutajaliidese mustritega: Andmete toomise ja laadimise olekute graatsiline haldamine nõudis keerulisi lahendusi, mis viisid sageli andmekaskaadideni või ebaideaalsete kasutajavoogudeni.

Reacti meeskond tunnistas neid piiranguid ja alustas mitmeaastast projekti tuum-ühitaja ümberehitamiseks. Tulemuseks oli Fiber, arhitektuur, mis on algusest peale loodud toetama järkjärgulist renderdamist, samaaegsust ja paremat kontrolli renderdamisprotsessi üle.

Põhimõiste mõistmine: Mis on Fiber?

Oma olemuselt on React Fiber Reacti põhilise ühitusalgoritmi täielik ümberkirjutus. Selle peamine uuendus on võime renderdamistööd peatada, katkestada ja jätkata. Selle saavutamiseks tutvustab Fiber uut sisemist esitust komponendipuust ja uut viisi uuenduste töötlemiseks.

Fiberid kui tööühikud

Fiber-arhitektuuris vastab iga Reacti element (komponendid, DOM-sõlmed jne) ühele Fiberile. Fiber on tavaline JavaScripti objekt, mis esindab tööühikut. Mõelge sellele kui virtuaalsele pinuraamile (stack frame), kuid selle asemel, et seda haldaks brauseri väljakutsete pinu, haldab seda React ise. Iga Fiber salvestab teavet komponendi, selle oleku, propside ja suhete kohta teiste Fiberitega (vanem, laps, õde-vend).

Kui React peab tegema uuenduse, loob see uue Fiberite puu, mida tuntakse kui "töösolev" puu. Seejärel võrdleb ta seda uut puud olemasoleva "praeguse" puuga, tuvastades, milliseid muudatusi tuleb tegelikus DOM-is rakendada. Kogu see protsess on jaotatud väikesteks, katkestatavateks tööosadeks.

Uus andmestruktuur: Lingitud loend

Oluline on, et Fiberid on omavahel seotud puulaadses struktuuris, kuid sisemiselt sarnanevad nad ühesuunalise lingitud loendiga, et tagada tõhus läbimine ühituse ajal. Igal Fiber-sõlmel on viidad:

• child: Viitab esimesele laps-Fiberile.
• sibling: Viitab järgmisele õde-vend-Fiberile.
• return: Viitab vanem-Fiberile ("return" Fiber).

See lingitud loendi struktuur võimaldab Reactil läbida puud sügavuti ja seejärel tagasi kerida, peatades ja jätkates hõlpsalt igal hetkel. See paindlikkus on Fiberi samaaegsete võimekuste võti.

Fiber-ühituse kaks faasi

Fiber jagab ühitusprotsessi kaheks eraldiseisvaks faasiks, võimaldades Reactil teha tööd asünkroonselt ja prioritiseerida ülesandeid:

1. faas: Renderdamise/ühituse faas (töösoleva puu)

Seda faasi tuntakse ka kui "töötsüklit" või "renderdamise faasi". See on koht, kus React läbib Fiber-puu, teostab võrdlusalgoritmi (tuvastab muudatused) ja ehitab uue Fiber-puu (töösoleva puu), mis esindab kasutajaliidese tulevast olekut. See faas on katkestatav.

Selle faasi peamised toimingud hõlmavad:

• Propside ja oleku uuendamine: React töötleb iga komponendi jaoks uusi propse ja olekut, kutsudes välja elutsükli meetodeid nagu getDerivedStateFromProps või funktsionaalsete komponentide kehasid.
• Laste võrdlemine: Iga komponendi puhul võrdleb React selle praeguseid lapsi uute lastega (renderdamisest), et määrata kindlaks, mida on vaja lisada, eemaldada või uuendada. See on koht, kus kurikuulus "key" prop muutub loendite tõhusaks ühitamiseks elutähtsaks.
• Kõrvalmõjude märgistamine: Selle asemel, et teha tegelikke DOM-i mutatsioone või kutsuda kohe välja `componentDidMount`/`Update`, märgistab Fiber Fiber-sõlmed "kõrvalmõjudega" (nt `Placement`, `Update`, `Deletion`). Need efektid kogutakse ühesuunalisse lingitud loendisse, mida nimetatakse "efektide loendiks" või "uuenduste järjekorraks". See loend on kergekaaluline viis salvestada kõik vajalikud DOM-operatsioonid ja elutsükli väljakutsed, mis peavad toimuma pärast renderdamise faasi lõppu.

Selle faasi jooksul React ei puuduta tegelikku DOM-i. See ehitab esituse sellest, mis saab uuendatud. See eraldamine on samaaegsuse jaoks ülioluline. Kui saabub kõrgema prioriteediga uuendus, saab React poolelioleva töösoleva puu kõrvale heita ja alustada uuesti kiireloomulisema ülesandega, põhjustamata ekraanil nähtavaid vastuolusid.

2. faas: Kinnitamise faas (muudatuste rakendamine)

Kui renderdamise faas on edukalt lõpule viidud ja kogu antud uuenduse töö on töödeldud (või osa sellest), siseneb React kinnitamise faasi. See faas on sünkroonne ja katkestamatu. See on koht, kus React võtab töösolevalt puult kogutud kõrvalmõjud ja rakendab need tegelikule DOM-ile ning kutsub välja vastavad elutsükli meetodid.

Selle faasi peamised toimingud hõlmavad:

• DOM-i mutatsioonid: React teostab kõik vajalikud DOM-i manipulatsioonid (elementide lisamine, eemaldamine, uuendamine), tuginedes eelmises faasis märgitud `Placement`, `Update` ja `Deletion` efektidele.
• Elutsükli meetodid ja hookid: See on hetk, mil kutsutakse välja meetodid nagu `componentDidMount`, `componentDidUpdate`, `componentWillUnmount` (eemaldamiste jaoks) ja `useLayoutEffect` tagasikutsumisfunktsioonid. Oluline on, et `useEffect` tagasikutsumised ajastatakse käivituma pärast seda, kui brauser on pildi ekraanile maalinud, pakkudes mitteblokeerivat viisi kõrvalmõjude teostamiseks.

Kuna kinnitamise faas on sünkroonne, peab see lõppema kiiresti, et vältida põhilõime blokeerimist. Seetõttu arvutab Fiber kõik muudatused eelnevalt renderdamise faasis, võimaldades kinnitamise faasil olla nende muudatuste kiire ja otsene rakendamine.

React Fiberi peamised uuendused

Kahefaasiline lähenemine ja Fiberi andmestruktuur avavad hulgaliselt uusi võimalusi:

Samaaegsus ja katkestamine (Ajalõikamine)

Fiberi kõige olulisem saavutus on samaaegsuse võimaldamine. Selle asemel, et töödelda uuendusi ühe blokina, saab Fiber jaotada renderdamistöö väiksemateks ajaühikuteks (ajalõikudeks). Seejärel saab see kontrollida, kas on saadaval kõrgema prioriteediga tööd. Kui on, saab see peatada praeguse madalama prioriteediga töö, lülituda kiireloomulisele ülesandele ja seejärel jätkata peatatud tööd hiljem või isegi selle täielikult kõrvale heita, kui see pole enam asjakohane.

Seda saavutatakse brauseri API-de, nagu `requestIdleCallback` (madala prioriteediga taustatöö jaoks, kuigi React kasutab sageli kohandatud ajastajat, mis põhineb `MessageChannel`'il, et tagada usaldusväärsem ajastamine erinevates keskkondades), abil, mis võimaldab Reactil anda kontrolli tagasi brauserile, kui põhilõim on jõude. See koostööl põhinev multitegumtöötlus tagab, et kiireloomulised kasutaja interaktsioonid (nagu animatsioonid või sisendi käsitlemine) on alati prioritiseeritud, mis viib tajutavalt sujuvama kasutajakogemuseni isegi vähem võimsatel seadmetel või suure koormuse all.

Prioritiseerimine ja ajastamine

Fiber tutvustab tugevat prioritiseerimissüsteemi. Erinevat tüüpi uuendustele saab määrata erinevad prioriteedid:

• Kohene/Sünkroonne: Kriitilised uuendused, mis peavad toimuma kohe (nt sündmuste käsitlejad).
• Kasutajat blokeeriv: Uuendused, mis blokeerivad kasutajasisendit (nt tekstisisestus).
• Tavaline: Standardsed renderdamise uuendused.
• Madal: Vähem kriitilised uuendused, mida saab edasi lükata.
• Jõude: Taustaülesanded.

Reacti sisemine Scheduler pakett haldab neid prioriteete, otsustades, millist tööd järgmisena teha. Ülemaailmse rakenduse jaoks, mis teenindab erinevate võrgutingimuste ja seadmete võimekusega kasutajaid, on see intelligentne prioritiseerimine reageerimisvõime säilitamiseks hindamatu.

Veapiirid (Error Boundaries)

Fiberi võime renderdamist katkestada ja jätkata võimaldas ka robustsema veakäsitlusmehhanismi: veapiirid. Reacti veapiir on komponent, mis püüab kinni JavaScripti vead oma laps-komponendipuus, logib need vead ja kuvab varu-kasutajaliidese, selle asemel, et kogu rakendus kokku jookseks. See suurendab oluliselt rakenduste vastupidavust, vältides ühe komponendi vea häirimist kogu kasutajakogemusele erinevates seadmetes ja brauserites.

Suspense ja asünkroonne kasutajaliides

Üks põnevamaid funktsioone, mis on ehitatud Fiberi samaaegsete võimekuste peale, on Suspense. Suspense võimaldab komponentidel enne renderdamist millegi järele "oodata" – tavaliselt andmete toomine, koodi jaotamine või piltide laadimine. Sel ajal kui komponent ootab, saab Suspense kuvada varu-laadimisliidese (nt spinner). Kui andmed või kood on valmis, renderdatakse komponent. See deklaratiivne lähenemine lihtsustab oluliselt asünkroonseid kasutajaliidese mustreid ja aitab kõrvaldada "laadimiskaskaade", mis võivad halvendada kasutajakogemust, eriti aeglasemate võrkudega kasutajate jaoks.

Näiteks kujutage ette ülemaailmset uudisteportaali. Suspense'iga saaks `NewsFeed` komponent peatuda, kuni selle artiklid on toodud, kuvades skelett-laadijat. `AdBanner` komponent saaks peatuda, kuni selle reklaamisisu on laaditud, näidates kohatäidet. Need saavad laadida iseseisvalt ja kasutaja saab progressiivse, vähem häiriva kogemuse.

Praktilised mõjud ja kasu arendajatele

Fiberi arhitektuuri mõistmine annab väärtuslikke teadmisi Reacti rakenduste optimeerimiseks ja selle täieliku potentsiaali ärakasutamiseks:

• Sujuvam kasutajakogemus: Kõige otsesem kasu on sujuvam ja tundlikum kasutajaliides. Kasutajad, olenemata nende seadmest või interneti kiirusest, kogevad vähem hangumisi ja hakeldamist, mis viib suurema rahuloluni.
• Parem jõudlus: Arukalt tööd prioritiseerides ja ajastades tagab Fiber, et kriitilisi uuendusi (nagu animatsioonid või kasutajasisend) ei blokeeri vähem kiireloomulised ülesanded, mis viib parema tajutava jõudluseni.
• Lihtsustatud asünkroonne loogika: Funktsioonid nagu Suspense lihtsustavad drastiliselt seda, kuidas arendajad haldavad laadimise olekuid ja asünkroonseid andmeid, mis viib puhtama ja paremini hooldatava koodini.
• Robustne veakäsitlus: Veapiirid muudavad rakendused vastupidavamaks, vältides katastroofilisi rikkeid ja pakkudes graatsilist allakäigukogemust.
• Tulevikukindlus: Fiber on aluseks tulevastele Reacti funktsioonidele ja optimeerimistele, tagades, et täna ehitatud rakendused saavad hõlpsasti omaks võtta uusi võimekusi, kui ökosüsteem areneb.

Süvaanalüüs ühitusalgoritmi tuumaloogikast

Puudutame lühidalt tuumaloogikat, kuidas React tuvastab muudatusi Fiber-puus renderdamise faasi ajal.

Võrdlusalgoritm ja heuristika (`key` atribuudi roll)

Võrreldes praegust Fiber-puud uue töösoleva puuga, kasutab React oma võrdlusalgoritmi jaoks teatud heuristikat:

1. Erinevad elemendi tüübid: Kui elemendi `type` muutub (nt `<div>` muutub `<p>`), lammutab React vana komponendi/elemendi ja ehitab uue nullist üles. See tähendab vana DOM-sõlme ja kõigi selle laste hävitamist.
2. Sama elemendi tüüp: Kui `type` on sama, vaatab React propse. See uuendab ainult muutunud propse olemasoleval DOM-sõlmel. See on väga tõhus operatsioon.
3. Laste loendite ühitamine (`key` prop): See on koht, kus `key` prop muutub asendamatuks. Laste loendite ühitamisel kasutab React `key`-sid, et tuvastada, millised elemendid on muutunud, lisatud või eemaldatud. Ilma `key`-deta võib React ebaefektiivselt uuesti renderdada või ümber järjestada olemasolevaid elemente, mis põhjustab jõudlusprobleeme või olekuvigu loendites. Unikaalne, stabiilne `key` (nt andmebaasi ID, mitte massiivi indeks) võimaldab Reactil täpselt sobitada elemente vanast loendist uude loendisse, võimaldades tõhusaid uuendusi.

Fiberi disain võimaldab neid võrdlusoperatsioone teha järk-järgult, peatudes vajadusel, mis polnud vana Stack-ühitajaga võimalik.

Kuidas Fiber käsitleb erinevat tüüpi uuendusi

Iga muudatus, mis käivitab Reactis uuesti renderdamise (nt `setState`, `forceUpdate`, `useState` uuendus, `useReducer` dispatch), algatab uue ühitusprotsessi. Kui uuendus toimub, React:

1. Ajastab töö: Uuendus lisatakse kindla prioriteediga järjekorda.
2. Alustab tööd: Ajastaja (Scheduler) määrab, millal uuenduse töötlemist alustada, lähtudes selle prioriteedist ja saadaolevatest ajalõikudest.
3. Läbib Fibereid: React alustab juur-Fiberist (või uuendatud komponendi lähimast ühisest esivanemast) ja liigub allapoole.
4. `beginWork` funktsioon: Iga Fiberi jaoks kutsub React välja `beginWork` funktsiooni. See funktsioon vastutab laps-Fiberite loomise, olemasolevate laste ühitamise ja potentsiaalselt järgmise töödeldava lapsele viitaja tagastamise eest.
5. `completeWork` funktsioon: Kui kõik Fiberi lapsed on töödeldud, "lõpetab" React selle Fiberi töö, kutsudes välja `completeWork`. Siin märgistatakse kõrvalmõjud (nt vajadus DOM-i uuenduse järele, vajadus elutsükli meetodi väljakutsumiseks). See funktsioon mullitab sügavaimast lapsest üles tagasi juure suunas.
6. Efektide loendi loomine: `completeWork` käivitamise ajal ehitab see "efektide loendi" – kõigi nende Fiberite loendi, millel on kõrvalmõjud, mida tuleb kinnitamise faasis rakendada.
7. Kinnitamine: Kui juur-Fiberi `completeWork` on tehtud, läbitakse kogu efektide loend ning tehakse tegelikud DOM-i manipulatsioonid ja lõplikud elutsükli/efekti väljakutsed.

See süstemaatiline, kahefaasiline lähenemine koos katkestatavusega tuumas tagab, et React suudab hallata keerulisi kasutajaliidese uuendusi graatsiliselt, isegi väga interaktiivsetes ja andmemahukates ülemaailmsetes rakendustes.

Jõudluse optimeerimine Fiberit silmas pidades

Kuigi Fiber parandab oluliselt Reacti kaasasündinud jõudlust, mängivad arendajad endiselt olulist rolli oma rakenduste optimeerimisel. Fiberi toimimise mõistmine võimaldab informeeritumaid optimeerimisstrateegiaid:

• Memoization (`React.memo`, `useMemo`, `useCallback`): Need tööriistad takistavad komponentide tarbetut uuesti renderdamist või väärtuste ümberarvutamist, memoiseerides nende väljundi. Fiberi renderdamise faas hõlmab endiselt komponentide läbimist, isegi kui need ei muutu. Memoization aitab selle faasi tööd vahele jätta. See on eriti oluline suurte, andmepõhiste rakenduste puhul, mis teenindavad ülemaailmset kasutajaskonda, kus jõudlus on kriitiline.
• Koodi jaotamine (`React.lazy`, `Suspense`): Suspense'i kasutamine koodi jaotamiseks tagab, et kasutajad laadivad alla ainult selle JavaScripti koodi, mida nad igal hetkel vajavad. See on eluliselt tähtis esialgsete laadimisaegade parandamiseks, eriti arenevate turgude aeglasemate internetiühendustega kasutajate jaoks.
• Virtualiseerimine: Suurte loendite või tabelite kuvamiseks (nt finantsarmatuurlaud tuhandete ridadega või ülemaailmne kontaktide loend) renderdavad virtualiseerimisteegid (nagu `react-window` või `react-virtualized`) ainult vaateaknas nähtavaid elemente. See vähendab dramaatiliselt Fiberite arvu, mida React peab töötlema, isegi kui alusandmete hulk on tohutu.
• Profileerimine React DevToolsiga: React DevTools pakub võimsaid profileerimisvõimalusi, mis võimaldavad teil visualiseerida Fiber-ühitusprotsessi. Näete, millised komponendid renderdatakse, kui kaua iga faas aega võtab, ja tuvastada jõudluse kitsaskohti. See on asendamatu tööriist keeruliste kasutajaliideste silumiseks ja optimeerimiseks.
• Tarbetute propsi muutuste vältimine: Olge ettevaatlik uute objekti- või massiiviliteralide edastamisel propsidena igal renderdamisel, kui nende sisu pole semantiliselt muutunud. See võib käivitada tarbetuid uuesti renderdamisi laps-komponentides isegi `React.memo` kasutamisel, kuna uut viidet nähakse muudatusena.

Tulevikku vaadates: Reacti ja samaaegsete funktsioonide tulevik

Fiber ei ole lihtsalt mineviku saavutus; see on Reacti tuleviku aluskivi. Reacti meeskond jätkab selle arhitektuuri peale ehitamist, et pakkuda võimsaid uusi funktsioone, nihutades veelgi piire, mis on veebi kasutajaliidese arenduses võimalik:

• Reacti serverikomponendid (RSC): Kuigi see ei ole otseselt osa Fiberi kliendipoolsest ühitusest, kasutavad RSC-d komponendimudelit komponentide renderdamiseks serveris ja nende voogesitamiseks kliendile. See võib oluliselt parandada lehe esialgset laadimisaega ja vähendada kliendipoolseid JavaScripti pakette, mis on eriti kasulik ülemaailmsete rakenduste puhul, kus võrgu latentsus ja pakettide suurused võivad oluliselt erineda.
• Offscreen API: See tulevane API võimaldab Reactil renderdada komponente ekraaniväliselt, ilma et need mõjutaksid nähtava kasutajaliidese jõudlust. See on kasulik stsenaariumide puhul nagu vahekaartidega liidesed, kus soovite hoida passiivseid vahekaarte renderdatuna (ja potentsiaalselt eelrenderdatuna), kuid mitte visuaalselt aktiivsena, tagades hetkelised üleminekud, kui kasutaja vahekaarti vahetab.
• Täiustatud Suspense'i mustrid: Suspense'i ümbritsev ökosüsteem areneb pidevalt, pakkudes keerukamaid viise laadimise olekute, üleminekute ja samaaegse renderdamise haldamiseks veelgi keerukamate kasutajaliidese stsenaariumide jaoks.

Need uuendused, mis kõik põhinevad Fiberi arhitektuuril, on loodud selleks, et muuta suure jõudlusega ja rikkalike kasutajakogemuste loomine lihtsamaks ja tõhusamaks kui kunagi varem, kohandudes erinevate kasutajakeskkondadega üle maailma.

Kokkuvõte: Kaasaegse Reacti valdamine

React Fiber esindab monumentaalset inseneritööd, mis muutis Reacti võimsast teegist paindlikuks ja tulevikukindlaks platvormiks moodsate kasutajaliideste loomiseks. Eraldades renderdamistöö kinnitamise faasist ja tutvustades katkestatavust, pani Fiber aluse uuele samaaegsete funktsioonide ajastule, mis viib sujuvamate, tundlikumate ja vastupidavamate veebirakendusteni.

Arendajate jaoks ei ole Fiberi sügav mõistmine pelgalt akadeemiline harjutus; see on strateegiline eelis. See annab teile võimu kirjutada jõudluslikumat koodi, diagnoosida probleeme tõhusalt ja kasutada tipptasemel funktsioone, mis pakuvad võrratuid kasutajakogemusi üle kogu maailma. Jätkates oma Reacti rakenduste ehitamist ja optimeerimist, pidage meeles, et nende tuumas on just Fiberite keerukas tants see, mis maagia teoks teeb, võimaldades teie kasutajaliidestel reageerida kiirelt ja graatsiliselt, olenemata sellest, kus teie kasutajad asuvad.